物联网操作系统深度分析报告

设备 管理
对硬件设备的管理，包括 输入输出设备的分配、启 动、完成和回收
作业 管理
负责人机交互、 图形界面、语 音控制
对处理器进程的管 进程 理 ，将计算资源合 管理 理地 分配给每个任 务
文件 管理
文件的逻辑组织和 物理组织、目录结 构和管理
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物联网操作系统是科技巨头的重要着力点，也是取得物联网时代 战略制高点的关键之一
时代 特点
大型计算机时代有线互联，算力强大 用Fra bibliotek科研、企事业单位
个人计算机时代
有线/无线互联 互联网开始普及
移动计算机时代
无线互联，实时连接 终端设备平民化
通讯技术实现了由1G向5G的跨越
边缘计算机时代
万物互联，AI赋能 全场景式智能应用
代表公司
设备 连接量
IBM 雷明顿-兰德
数量级别为
千万台
IBM Apple 联想 惠普 戴尔 宏碁
实体或虚拟的个人助手 15
区别于传统操作系统，物联网在操作系统领域需要易拓展、跨平台、 低成本、强安全、稳连接的新要求
物联网的终端设备数量呈现指数型上涨，物联网终端软件复杂度的提升势在必行。物联网开发平台也需要具备一套对软件开发者更友好 的、相对统一的操作系统，使软件开发过程从硬件开发中解耦出来。只需要基于操作系统，即可快速开发上层应用。
操作系统是软硬件资源的分配者
软件资源：应用软件、磁盘中的信息
操作系统层
为软件进程分配计算资源，决定 了软件及应用存在的形态
配置在计算硬件上的第一层软件， 对硬件系统的第一次扩充
硬件资源：CPU、内存、I/O设备
虚拟机层 物理机层
操作系统的五大管理功能
对存储空间内数据 的结构和组织方式 进行管理
存储
管理
国际范围内领先的科技企业在物联网方向的布局
代表公司
亚马逊
苹果
微软
华为
阿里巴巴
云
依托AWS的云服务： AWS IoT
集成人工智能和大数 据分析能力
针对硬件产品及场景的开 放平台：
Homekit 、HealthKit 、 SiriKit等
助力开发者应用开发
Azure 物联网中心： 受信任的平台模块 (TPM) 、
物联网发展对操作系统提出的新需求
跨平台
应具备消弭硬件平台差异，使 软硬件开发解耦的能力
物联网
低成本
应具备在微小设备运行的能力，资源 耗用小，功耗小，降低硬件成本
操作系统
多终端
应具备弹性部署的能力， 可应用于不同的终端设备
云端能力
在底层架构设计上应该具有丰富的云 端接入功能，并且保持稳定连接
强安全
在零碎终端上，同样拥有足够强的安
来源：整理 29
各类物联网操作系统的应用场景有所差异
物联网操作系统按照应用场景来看，各类操作系统都有其对应的重点应用场景，而在部分场景中存在有多类操作系统可供选择的情况。 现有四类物联网操作系统的应用场景（举例）
操作系统名称
应用场景
传统嵌入 式系统
uClinux Vxworks
工业控制、无人机、因特网设备(路由器、交 换机、防火墙、负载均衡器等)、专用的控制
物联网操作系统深度分析报告
技术创新，变革未来
目录
CONTENTS
1. 物联网操作系统的时代背景
2. 物联网操作系统代表类型及案例
1. 嵌入式操作系统 2. 通用OS裁剪后的操作系统 3. 轻量级物联网操作系统 4. 下一代操作系统
3. 物联网操作系统发展展望
物联网操作系统的时代背景
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信息化发展已从计算机时代、互联网时代发展到物联网时代， 联网要求由“人人相连” 变为“人物交互”，物联网产业处于快速成长期
庆科：
腾讯：
MiCO OS
Wind River:
阿里巴巴： 亚马逊：
物联网操作系统从服务连接，到服务应用，最终目的应该是服务于智能
谷歌：
来源：整理
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物联网操作系统代表类型及案例
Representative types and cases of IoT OS
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四大类物联网操作系统，起源和发展方向各有不同
3、面向物联网的轻量级IoT OS 代表系统： RT-Thread、华为 LiteOS、 ARM mbedOS、AliOS Things、 Azure RTOS、Amazon FreeRTOS等 优点：专门为物联网开发设计，联网协议 完善，开发包齐全；
缺点：仍未解决物联网终端碎片化和割裂 的问题。
4、下一代操作系统 代表系统：谷歌Fuchsia、华为鸿蒙OS 优点：是对嵌入式系统和个人设备操作 系统的革命性进化，理念为统一型OS， 扩展性及移植性好； 缺点：开发面临的不确定性高，缺少开 发者基础和生态支持。
智能建筑、IoT 网关、HMI、智能家居、可 穿戴设备
Windows 10 IoT 企业版
工业平板电脑、零售服务点、ATM、医疗设 备、制造设备、瘦客户端
操作系统名称
应用场景
RT-Thread
智能家电、网关、工业物联终端
轻量级 物联网操作系统
统一操作系统
Alios things
Huawei LiteOS
物联网产业按功能进行分层
广义操作系统起到承上启下的作用
应用层
物联网智能终端
物联网系统集成
可穿戴设备、智能家居、智能汽车 智慧楼宇、智慧城市、智能制造
平台层
连接管理平台 设备管理平台
操作系统及软件开发
应用开发平台
网络层
蜂窝网络
接入网、核心网、业务网
非蜂窝网络
ZigBee、LoRa、蓝牙
丰富 应用形态
系统集成商SI
NB-IoT）
海量 终端设备
传感器 控制器 智能家居 消费电子
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狭义操作系统协同软硬件资源，提高终端效率
操作系统是硬件资源和软件应用之间的桥梁，对于复杂的底层硬件资源而言，软件开发者必须通过操作系统的指令和接口进行调用。 通过操作系统可实现以下几方面的功能。 尽量有效、合理地组织和管理计算机的各种软硬件资源； 合理地组织计算机的工作进程，控制程序的执行并在程序执行的过程中向程序提供各种各样的服务功能； 用各种各样的方式使得用户能够非常灵活、方便地使用计算机，采用各种各样的技术使整个计算机系统能够高效率地运行。
物联网操作系统尚处于发展早期阶段，呈现出碎片化状态。目前市场中存在着不同来源的物联网操作系统：有从原有嵌入式操作系统改 进而来的，也有从通用系统裁剪而来的，还有面向物联网需要完全从零发展而来的。不同行业背景的厂商（操作系统大厂、硬件厂商、 云计算服务厂商等）从自身业务需求出发进行探索。我们判断尽管目前物联网市场中操作系统的市场占有率较为分散，但未来有可能出 现几个垄断具体业务场景或生态的主导型物联网操作系统。
可以兼容手机、PC、智能家居等物联 网场景的统一操作系统
来源：整理 30
全球科技巨头正在以“云+端”模式布局物联网
我们观察到，近年来世界范围内的科技巨头都开始在物联网领域进行重点布局，虽然各家打法各有差异，但总结来看巨头布局互联网主 要关注“云+端”模式，努力构建生态和竞争优势。在云侧，以云平台为支撑的中间件服务、数据服务和信息服务，以及在端侧，以底 层软硬件设备为基础的配套组件，将会是巨头控制物联网海量终端、丰富应用形态的两个最好切入点。
全机制，保障用户设备和数据的安全
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广义物联网操作系统上承落地应用，下接海量终端
物联网产业如果按照功能进行分层，可以划分为感知层、网络层、平台层和应用层。感知层相当于物联网系统的五官和四肢，负责前端数据 的收集；网络层相当于神经纤维，用于高速传递数据和信息；平台层相当于小脑和大脑，连接管理平台确保物联网系统自主运行，而操作系 统则确保智能应用有运行的基底。广义的操作系统是云端PaaS平台和端侧系统的统一和融合。从市场分额占比来看，平台层占有物联网大约 20%市场。综合技术因素和市场规模，操作系统是物联网发展的重要一环。
2010年全球出货量峰值
3.5亿台
华为 Apple Samsung 小米
2016年全球出货量峰值
14.7亿台
华为 阿里巴巴 小米 Microsoft AppleAmazon
2019年全球设备连接量
120亿台
机器联网
人人相连
人物交互
数据来源：IDC
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终端应用碎片化，物联网操作系统市场需求大
碎片化是物联网终端发展的最重要特征之一。从本质上来讲，有多少种终端设备就应该有多少种上层应用。万物互联时代不仅仅是物与物之
物联网操作系统尚处于发展早期阶段。整个物联网操作系统市场呈现出碎片化状态。目前市场中至少存在着四种发展来源的物联网操作 系统：嵌入式实时系统及升级版、原有通用系统裁剪定制后适应部分物联网需求，近几年来出现的专门为物联网设计的轻量级IoT OS， 以及完全从新开发的新型操作系统。不同背景的厂商从自身需求和实际业务能力出发进行探索。我们判断尽管目前物联网市场中操作系 统的市场占有率较为分散，但未来有可能出现几个垄断应用场景的物联网操作系统。
基于现有市场的四类物联网操作系统
1、传统嵌入式系统+通信协议+其 他物联网功能模块
代表系统：SylixOS、μC/OS-Ⅱ、 Vxworks等 优点：更偏向硬件层，硬件推广 成本低； 缺点：软件开发难度高，软硬件 耦合较严重，生态封闭。
2、基于Linux、iOS、Windows等成熟操作 系统的裁剪 代表系统：uclinux、win10 IOT、 WatchOS、Android Things等 优点：软件开发工具完善，开发者基数大； 缺点：原版系统冗余严重、历史遗留问题较 多，普遍不适应低功耗场景、可扩展性低， 需要定制化。
间的实时通讯，也包含了相当部分的人与物无缝互动。云侧和端侧的功能需要去同时实现物与物实时通讯及人与物的无缝互动。我们判断，
在智慧城市、工业应用等场景中，云端平台的赋能将发挥更大的作用，而在室内智能和消费电子场景，人与物的无缝互动是未来重点关注的
方向。操作系统在人与物的无缝互动中将发挥最重要的作用，发展潜力和市场需求巨大。本报告核心关注于端侧操作系统的现状、发展和未
来。
物与物的实时通讯
智慧城市
向右越来越依靠终端操作系统赋予的交互和功能
产业应用
车联网及出行
人与物的无缝互动
室内智能
消费电子
智慧公交 智慧停车 无感收费
智能制造
智慧能源
车联网
智慧楼宇
智慧零售
可穿戴设备
公共事业
智能电表 智能燃气
智能路灯
智慧农业
智慧物流
自动驾驶及车载系统
智能家居
向左越来越依靠云端平台赋予的设备联网管理及数据分析自动化能力
API及数据服务赋能集 成商的应用落地
应用开发商ISV
大量协议的封装和集成 简化了程序开发
广义 操作系统
上承应用落地
物联网PaaS平台
端侧操作系统
对不同类型处理器和模组的支持适配
下接海量终端
感知层
芯片
嵌入式\SoC 通信芯片
传感器
物理传感器 RFID 摄像头
生物传感器
通信模组
WIFI\蓝牙 ZigBee\LoRa 蜂窝网络（3\4G、
Amazon FreeRTOS
HarmonyOS 鸿蒙
Fuchsia
智能生活电器、智能穿戴设备、工业数 据采集设备
智能家居、摄像头、智能水表、智能停 车、智能照明
使用微控制器，RAM和ROM资源较少 的应用场景，如工业场景下的传感器、
制动器、泵和自动化组件
依次推进从低资源硬件到高资源硬件的 覆盖，以分布式能力面向全场景
系统(自动售货机）
通信、军事、航空航天、工业制造机器人、 医疗器械、及汽车电子
通用OS裁 剪定制后
SylixOS
Android things
Windows 10 IoT 核心板
航空航天、电力电网、轨道交通、机器人、 新能源、医疗、工业自动化
应用于除手机（Android）、电视 （Android TV）、车机（Android Auto） 和穿戴式设备（Android Wear）之外的物 联网及嵌入式设备，适用于构建智能家居
20世纪60年代，美国四所大学的超级计算机开始采用TCP/IP协议联机，正式拉开了互联网时代的序幕。经过60余年的发展，设备网络互连已 从 大型计算机时代发展到个人计算机时代，我们现在正处于移动计算时代和万物互联时代的过渡阶段，软件及硬件设备发生了翻天覆地的变化， 联网的要求由之前的“人与人”相连转变为“人与人”及“人与物”相连。近十年来，全球PC和智能手机的出货量为百万级别，而物联网的 设备连接量达到了百亿级别，物联网因其应用广泛性、用户友好性、生态完整性而具有巨大的发展潜力。
主流的物联网操作系统发展历史
2003
AWS：
2006
2014
睿赛德科技：Arm：
2015
谷歌：
2016
谷歌：
2017
2018
Apache基金会： Arm： Mbed Linux OS
2019
华为：
2020
微软：
Adam Dunkel s (个人）: Contiki
翼辉信息： 微软：
华为：
Linux基金会：